干燥花生莢果在不同溫濕度條件下的水分含量及霉變研究

王晨光，王殿軒*，渠琛玲，遲曉元，劉曉莉

1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，糧食儲(chǔ)藏與安全教育部工程研究中心，糧食儲(chǔ)運(yùn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001

2.山東省花生研究所，山東 青島 266100

花生作為世界上重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物，種植十分廣泛[1]。我國(guó)花生總產(chǎn)量占全世界花生總產(chǎn)量的40%以上[2]，2017年我國(guó)花生總產(chǎn)量1 709.2萬(wàn)t[3]，花生產(chǎn)業(yè)在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)家糧食安全中作用重大[4]。花生收獲后的安全儲(chǔ)藏是花生產(chǎn)業(yè)鏈的重要部分，避免和減少產(chǎn)后數(shù)量和質(zhì)量損失是保障其后期價(jià)值的重要基礎(chǔ)。由于花生中脂肪與蛋白質(zhì)含量較高，收獲后水分含量高時(shí)極易霉變甚至產(chǎn)生毒素[5]，干燥后的花生如儲(chǔ)藏不當(dāng)，也會(huì)吸濕返潮而再度霉變，影響品質(zhì)甚至產(chǎn)生毒素[6]。與谷物、其他油料相似，不同環(huán)境溫度、濕度等條件下花生自身水分的變化和儲(chǔ)藏環(huán)境因子的影響關(guān)系花生的安全儲(chǔ)藏性能。谷物在不同溫度、濕度等條件下的水分變化多有報(bào)道，小麥在安全水分含量下較耐儲(chǔ)藏，在高濕度環(huán)境中較稻谷、玉米更容易滋長(zhǎng)霉菌從而導(dǎo)致其發(fā)生品質(zhì)劣變[7]。大豆儲(chǔ)藏溫度高于20 ℃時(shí)，真菌生長(zhǎng)速度隨溫度升高而加快[8]。稻谷水分含量14.0%以上時(shí)，溫度越高真菌生長(zhǎng)速度越快[9]。玉米儲(chǔ)藏時(shí)環(huán)境溫度的升高會(huì)加劇脂肪氧化速度，脂肪酸值上升，使玉米的品質(zhì)發(fā)生劣變[10-11]?；ㄉ趦?chǔ)存中因受潮霉變和品質(zhì)劣變多有報(bào)道[12-14]，關(guān)于花生莢果在不同濕度條件下吸濕增水的研究較少。研究干燥后的花生莢果在不同溫度和濕度條件下的水分、處于安全水分[15]的時(shí)間、出現(xiàn)霉變現(xiàn)象的時(shí)間等，有助于為干燥花生莢果安全儲(chǔ)藏提供指導(dǎo)。作者研究了干燥后的花生莢果在不同溫濕度條件下不同時(shí)間的水分變化，以及導(dǎo)致花生莢果霉變的水分和時(shí)間等，以期為花生莢果安全儲(chǔ)藏提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

花生莢果：2018年收獲于山東省青島市，品種為花育25，儲(chǔ)藏于4 ℃的冷庫(kù)中，試驗(yàn)前即時(shí)測(cè)定花生水分含量。

1.2 試驗(yàn)裝置

以640 mm×500 mm×400 mm 的食品級(jí)PVC塑料箱為環(huán)境控制室,在高度250 mm處設(shè)不銹鋼網(wǎng)架以放置樣品，網(wǎng)架長(zhǎng)560 mm、寬420 mm，孔目邊長(zhǎng)1 cm。內(nèi)設(shè)過(guò)飽和鹽溶液，用以控制環(huán)境相對(duì)濕度，并用溫濕度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。控制室上口處用塑料薄膜密封，并在薄膜中設(shè)直徑115 mm的密封旋開(kāi)蓋作為取樣口(圖1)。

圖1 花生莢果儲(chǔ)藏環(huán)境控制室示意圖

1.3 試驗(yàn)方法

在環(huán)境控制室內(nèi)分別設(shè)置氯化鈉、氯化鉀、硝酸鉀過(guò)飽和溶液，以控制環(huán)境相對(duì)濕度為70%、80%和90%。將完整花生莢果0.7 kg放單層置架網(wǎng)上，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度為20、25、30 ℃。每天定時(shí)取樣檢測(cè)和觀察?；ㄉv果水分含量測(cè)定參照GB 5009.3—2016。樣品霉變現(xiàn)象以鏡檢和感官目測(cè)方法進(jìn)行。每個(gè)樣品設(shè)3個(gè)平行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

花生莢果在20、25、30 ℃下不同相對(duì)濕度環(huán)境中儲(chǔ)藏，其水分含量和出現(xiàn)霉變的時(shí)間見(jiàn)表1。

表1 干燥花生莢果在不同溫濕度儲(chǔ)藏條件下的水分含量及霉變時(shí)間

2.1 相對(duì)濕度70%環(huán)境中花生莢果水分含量及變化

RH70%條件下，20、25、30 ℃水分含量略有差異的初始花生莢果樣品分別經(jīng)14、15、14 d達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定值9.18%、8.47%和7.95%，達(dá)到穩(wěn)定的水分含量增加幅度分別為63.64%、45.78%、34.29%。同一濕度環(huán)境中溫度較低時(shí)花生莢果水分含量較高，達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)水分含量增加幅度較大，各溫度下達(dá)到水分含量最大值的時(shí)間接近。RH70%條件下花生莢果吸濕水分含量增加平均速率分別為：20 ℃時(shí)0.223%/d；25 ℃時(shí)0.156%/d；30 ℃時(shí)0.127%/d；溫度升高花生莢果吸濕速率降低。該環(huán)境下不同溫度時(shí)花生莢果水分含量增長(zhǎng)趨勢(shì)方程：20 ℃時(shí)，y=-0.014 8x2+0.453 3x+5.668 7(R2=0.966 7)；25 ℃時(shí)，y=-0.011 5x2+0.336x+5.986 7(R2=0.939 7)；30 ℃時(shí)，y=-0.008 8x2+0.275 8x+5.762 9(R2=0.990 6)。結(jié)果表明，RH70%條件下水分含量近6%的花生莢果吸濕增水，溫度較高時(shí)水分含量增加較慢。花生莢果所含水分包括自由水和結(jié)合水，測(cè)定的水分含量主要反映花生莢果自由水含量，溫度較高時(shí)，水分子動(dòng)能升高，水分子和基質(zhì)間的結(jié)合力下降，花生結(jié)構(gòu)中的蛋白質(zhì)和糖類結(jié)合自由水量相對(duì)較少。20～30 ℃水分含量最大可增加至7.9%～9.5%，最大值小于10%，小于GB/T 1532—2008中安全儲(chǔ)存水分含量，且經(jīng)歷時(shí)間較長(zhǎng)(14～15 d)。20～30 ℃范圍內(nèi)RH70%以下時(shí)花生莢果表面水分活度不能滿足霉菌活動(dòng)需要，故無(wú)霉變現(xiàn)象。

2.2 相對(duì)濕度80%環(huán)境中花生莢果水分含量及變化

RH80%條件下，20 ℃時(shí)花生莢果經(jīng)14 d水分含量從5.61%升至最高值11.27%，吸濕速率為0.404%/d，水分含量增長(zhǎng)趨勢(shì)方程為y=-0.019 8x2+0.685 3x+5.249 1(R2=0.988)。其中，經(jīng)過(guò)9 d 花生莢果水分含量升至9.99%，經(jīng)14 d出現(xiàn)霉變。25 ℃時(shí)花生莢果經(jīng)13 d水分含量從5.81%升至最高值9.82%，吸濕速率為0.308%/d，水分含量增長(zhǎng)趨勢(shì)方程為y=-0.024 5x2+0.621 7x+5.597 9(R2=0.952 1)，第13天時(shí)花生莢果水分含量升至最大值且出現(xiàn)霉變。30 ℃時(shí)花生莢果經(jīng)13 d水分含量從5.92%升至最高值9.50%，吸濕速率為0.275%/d，水分含量增長(zhǎng)趨勢(shì)方程為y=-0.012 7x2+0.448 4x+5.731 9(R2=0.985 5)，其在第13天出現(xiàn)霉變。RH80%環(huán)境條件滿足黃曲霉萌發(fā)和生長(zhǎng)所需最低相對(duì)濕度，根據(jù)菌落顏色與菌絲形態(tài)，初步判斷該菌落為黃曲霉菌落。RH80%條件下干燥花生莢果吸濕增水速率較RH70%條件下明顯增大，同濕度溫度較高時(shí)水分增加速率和幅度較小。20 ℃時(shí)水分含量達(dá)到11.27%以上出現(xiàn)霉變，25、30 ℃時(shí)水分含量在9.82%、9.50%即會(huì)霉變。表明RH80%時(shí)花生莢果霉變的水分含量隨溫度升高而降低，與不同溫度下花生莢果保持自由水的程度和水分活度有關(guān)。

2.3 相對(duì)濕度90%環(huán)境中花生莢果水分含量及變化

RH90%條件下，20 ℃時(shí)花生莢果水分含量經(jīng)8 d從5.61%上升至12.75%，第9天時(shí)水分降至11.95%。吸濕速率為0.893%/d，水分含量增長(zhǎng)趨勢(shì)方程為y=-0.033 6x2+1.206x+4.617 9(R2=0.995 5)?；ㄉv果在水分含量最大時(shí)出現(xiàn)霉變，之后僅1 d后出現(xiàn)嚴(yán)重霉變并且水分含量有所降低，鏡檢可見(jiàn)菌絲頂端具球形分生孢子。25 ℃時(shí)花生莢果水分含量經(jīng)7 d從5.81%上升至10.71%，第8天時(shí)水分含量降至9.99%。吸濕速率為0.523%/d，水分含量增長(zhǎng)趨勢(shì)方程為y=0.716 1x+5.546 4(R2=0.958 8)?；ㄉv果在水分含量最大為10.71%時(shí)出現(xiàn)霉變，之后僅1 d后出現(xiàn)嚴(yán)重霉變并水分含量降低至9.99%。30 ℃時(shí)花生莢果水分含量經(jīng)7 d從5.92%上升至9.54%，第8天時(shí)水分含量降至9.38%。吸濕速率為0.517%/d，水分含量增長(zhǎng)趨勢(shì)方程為y=0.539 4x+5.601 4(R2=0.967 1)。花生莢果在水分含量最大為9.54%時(shí)出現(xiàn)霉變，之后僅1 d后出現(xiàn)嚴(yán)重霉變并水分含量降低至9.38%。

RH90%時(shí)其吸濕速率更高，溫度升高時(shí)其吸濕速率和幅度相應(yīng)降低。90%高濕條件下花生莢果霉變出現(xiàn)的時(shí)間更短，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重霉變并且水分含量隨之降低。溫度升高后花生莢果霉變時(shí)的水分含量也有所降低，即高溫高濕條件下導(dǎo)致花生莢果霉變的水分含量降低，這與花生莢果水分活度達(dá)到一定條件時(shí)菌絲直徑增長(zhǎng)速度加快、霉菌活動(dòng)加劇有關(guān)。

3 討論

花生因脂肪與蛋白質(zhì)含量較高，收獲后水分含量高時(shí)極易霉變甚至產(chǎn)生毒素[5]，花生收獲后及時(shí)干燥是保證其品質(zhì)和數(shù)量安全的前提。通常所謂的干花生系指GB/T 1532—2008中水分含量10%以下的花生。干燥花生莢果儲(chǔ)藏不當(dāng)易吸濕返潮，甚至霉變而影響品質(zhì)或產(chǎn)生毒素[6]。溫度、濕度和儲(chǔ)存時(shí)間等均影響干燥花生莢果吸濕和水分含量變化，以及達(dá)到非安全儲(chǔ)藏的狀態(tài)。研究表明，水分含量近6%的干燥花生莢果在RH90%，20、25 ℃環(huán)境中在1周內(nèi)水分含量即可回升至10%以上。RH70%環(huán)境中干燥花生莢果可以達(dá)到不超過(guò)10%的平衡水分含量，在30 ℃下不會(huì)霉變，生產(chǎn)實(shí)踐中長(zhǎng)期儲(chǔ)藏花生莢果應(yīng)控制環(huán)境RH70%以下。

花生具有易于吸收水分的蛋白質(zhì)等組分，干燥花生莢果在RH70%環(huán)境中更易吸濕而達(dá)到平衡水分含量，20～30 ℃時(shí)花生莢果的平衡水分含量接近7.95%～9.18%。稻谷在25 ℃和RH85%條件下水分含量達(dá)到平衡所需時(shí)間大于40 d[16]，本試驗(yàn)中花生莢果在RH70%和20、25、30 ℃時(shí)水分含量達(dá)平衡的時(shí)間僅2周，常溫低濕條件下花生莢果比谷物更容易吸濕和達(dá)到平衡水分。RH80%以上環(huán)境中干燥花生莢果吸濕水分含量升高，在未達(dá)到平衡水分含量時(shí)即出現(xiàn)霉變或嚴(yán)重霉變。同樣條件下，溫度升高促進(jìn)菌絲生長(zhǎng)與菌落繁殖速度[17]，使花生莢果嚴(yán)重霉變時(shí)的水分含量有所降低。從吸濕速率和霉變結(jié)果看，花生莢果比稻谷更易于吸濕[18]、達(dá)到平衡水分、超過(guò)安全水分等，因此花生比谷物儲(chǔ)藏更需要環(huán)境干燥。

花生蛋白質(zhì)含量高，蛋白質(zhì)中離子基團(tuán)水合作用、氫鍵作用使分子中基團(tuán)結(jié)合水分子能力強(qiáng)[19]。水分含量的增加與水分活度的升高幾乎同步[20]。谷物霉變與水分活度大小關(guān)系密切，花生同樣如此。由于花生最易滋生的霉菌為黃曲霉[21]，黃曲霉生長(zhǎng)所需最低水分活度為0.84[22]，在水分活度滿足時(shí)黃曲霉在12 ℃以上即可生長(zhǎng)[23]。玉米在20 ℃環(huán)境中黃曲霉生長(zhǎng)所需最低水分含量14%[24]，本試驗(yàn)中，20 ℃時(shí)花生莢果水分含量達(dá)11.27%時(shí)即發(fā)生霉變，說(shuō)明花生莢果水分活度高于谷物水分活度；另一方面，由于花生脂肪含量高，利于霉菌菌落生長(zhǎng)[25]，花生莢果較谷物更易霉變。本研究中最低試驗(yàn)溫度為20 ℃，但其在高濕環(huán)境很快出現(xiàn)霉變，反映了花生莢果更易生霉變質(zhì)的特性。

一般認(rèn)為花生莢果的安全儲(chǔ)藏水分含量為10%[26]。本研究顯示，25 ℃時(shí)RH80%條件下花生莢果霉變時(shí)水分含量為9.82%，30 ℃時(shí)RH80%、90%條件下花生莢果霉變時(shí)的水分含量為9.50%和9.38%，即花生莢果在水分含量小于10%時(shí)環(huán)境濕度適宜也會(huì)霉變。用MHAE方程預(yù)測(cè)在25、30 ℃時(shí)花生莢果相對(duì)安全儲(chǔ)藏水分含量為9.27%和9.22%[27]，本研究中花生莢果出現(xiàn)霉變的水分含量大于該預(yù)測(cè)值。在溫濕度和水分活度達(dá)到霉菌生長(zhǎng)要求時(shí)，霉菌即可進(jìn)行相應(yīng)的代謝活動(dòng)[18]，環(huán)境溫濕度較高時(shí)花生莢果安全儲(chǔ)藏水分含量會(huì)相應(yīng)降低，花生莢果儲(chǔ)藏過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)水分檢測(cè)。

4 結(jié)論

干燥花生莢果在大于其平衡相對(duì)濕度的環(huán)境中仍會(huì)吸濕增加水分，20～30 ℃、RH70%以下環(huán)境中，花生莢果可在2周內(nèi)吸濕達(dá)到水分含量未超過(guò)10%的平衡水分，且不發(fā)生霉變。RH80%以上環(huán)境中干燥花生莢果吸濕水分含量升高，在未達(dá)到平衡水分含量即出現(xiàn)霉變或嚴(yán)重霉變?；ㄉv果的安全儲(chǔ)藏水分含量除與環(huán)境溫度有關(guān)外，更與環(huán)境濕度關(guān)系密切，干燥花生莢果長(zhǎng)期儲(chǔ)藏的環(huán)境相對(duì)濕度不宜大于70%。